中國建成世界最長海拔最高的隧道,天塹變通途

青藏高原,平均海拔4000米以上,空氣相對稀薄,氣候寒冷,自然條件惡劣,被稱為世界第三極。而在如此惡劣的自然條件下,中國工程師正在建設世界上海拔最高的特長公路隧道——米拉山隧道。

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米拉山隧道建設平均海拔達4740米以上,按照雙向四車道一級公路標準建設,左線5727米,右線5720米,是目前世界上海拔最高的特長公路隧道。

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建設過程,施工人員不僅要面臨高寒、高海拔的挑戰,還要面對施工中出現的隧道下沉、湧水等險情。那麼,中國工程師又是怎麼克服這些困難的呢?

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人員高原反應:背上氧氣瓶、帶上呼吸面罩施工

施工單位在隧道口設置了高壓氧艙、製氧機供一線工人在休息時吸氧。又通過專用管道把氧氣輸送到隧道施工的第一線。但這並不能有效緩解工人缺氧問題,最後施工團隊不得不採取一個非常土、但卻很實用的辦法:讓工人揹著氧氣瓶、帶呼吸面罩在隧道中施工。

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(高壓氧倉內休息取暖的工人)

機器“水土不服”:功率下降,故障率上升

不僅施工人員會遭遇高原反應,很多施工設備也會“水土不服”。根據經驗,海拔每升高1000米,大氣壓降低10%,內燃機功率損失相對於平原指標下降8%-12%,空氣動力設備功效下降10%-13%。

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米拉山隧道出口

避免凍害,混凝土要在一定溫度下“養生”

米拉山口一年中大雪覆蓋率約佔60%,冬季最低溫度達到零下30攝氏度。嚴寒和低溫容易導致混凝土的體積安定性不良,對水泥水化不利,內外溫差變大,混凝土不易凝結,誘發混凝土產生開裂、酥鬆、剝落等情況。而一旦混凝土發生凍害,對隧道的穩定性會造成很大影響。從長期來看,這些混凝土構築物的穩定性也會差一些。

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米拉山隧道內部

隧道路基凍脹融沉,極不穩定

米拉山隧道公路路基由於高海拔也容易發生凍脹和熱融沉陷。由於土壤和岩層中都有一定水分,溫度降低,水凝結成冰,體積增大,路基就會因膨脹的凍土而拱起,這種現象被稱為凍脹。當溫度升高,凍土融化,體積縮小,路基又會隨之凹陷,這就是熱融沉陷。

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可以使用熱交換管。熱交換管是一根密封的管子,管子的上段是冷凝器,下端為蒸發器,中間為絕熱段,當熱樁下端吸收熱量後,液態物質會轉化為氣態,然後上升至冷凝器,熱量通過冷凝器發散。氣態物質再液化為液態,在重力的作用下流回熱樁下端。通過熱交換管能夠對隧道保持恆溫有促進作用。


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青藏鐵路鋪設的熱樁

採用半導體電熱帶或導電塑料電熱帶。利用母線之間發熱高分子材料的電路導通使電加熱帶發熱。而當溫度升高到一定量值時,導電通路中斷,電阻上升,自動減少功率輸出;當溫度降到更低時,發熱高分子材料又相應連接起來形成導電通路進行加熱,循環往復。

施工場地猶如水簾洞,如何克服水湧難題?

米拉山屬尼洋河水系和拉薩河水系的分水嶺,水量充沛,加上因冰雪消融而產生的水,直接導致施工過程中,隧道的進口和斜井中出現了大量湧水,最大涌水量曾經達到每天38590.76立方米,工人到斜井工作,要穿著雨衣、雨褲、雨鞋才能進入洞內,整個施工場地猶如一個水簾洞。

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而且,零下30度,湧水水溫還比較低。即便有禦寒衣物、雨衣等隔著,也會快速帶走工人身體熱量,如果要在“水簾洞”裡施工,那工人可真的是要“拼了老命了”。

一是對工人身體造成影響,二是大量用水還會影響隧道岩層穩定性,“泡水”岩層也會軟化,原本堅硬的土壤和岩層也編的鬆散。如果對湧水處理不當,很可能又發隧道塌方等嚴重事故。

而且過大的流水還會對施工組織造成干擾,常見的通信發送和接收設備都對防水性要求不足,尤其是對於耳機之類的設備,進水就很容易導致無法使用,流水聲和設備噪音又影響語言溝通。

首先是疏導,依靠洩水洞和洩水孔將隧道內的積水排出去,以降低隧道中的地下水位。同時,對山口地表水引流,以避免地表水直接流入隧道。

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(抽水機在排水)

其次是堵,通過注漿加固減少岩層含水率,減少周圍岩石滲透係數,以限制隧道內岩層的滲水量,並最終實現以注漿加固鬆散巖體堵塞地下水滲流通道,從而達到治理水湧的目的。

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(川藏線公路)

結語

米拉山隧道計劃2017年9月底建成通車。老路路基狹窄難以會車,而且山高坡陡,冬季道路結冰後,經常發生嚴重交通事故。該隧道通車後將使拉薩到林芝的車程從原來的8個小時,縮短到3-4各小時。無論是安全性還是便捷性,它都有著巨大的優勢


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